專利名稱：用于擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)、特別是由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分、權(quán)利要求4的前序部分、權(quán)利要求7的前序部分、權(quán)利要求17的前序部分和權(quán)利要求23的前序部分所述的用于擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)、特別是擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的方法。
語(yǔ)音編碼方法的特征在于其不同的帶寬。那么比如就存在把處于直到4000Hz頻率范圍內(nèi)的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為編碼語(yǔ)音信號(hào)的窄帶編碼器(英語(yǔ)narrow-band coder)，以及把典型地處于在50和7000Hz之間的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為編碼語(yǔ)音信號(hào)的寬帶編碼器(英語(yǔ)wide-bandcoder)。對(duì)此，通常與供給寬帶編碼器的語(yǔ)音信號(hào)相比以更低的采樣速率對(duì)供給窄帶編碼器的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣。為此窄帶編碼器的純比特率通常低于寬帶編碼器的純比特率。
如果在相同的信道模式內(nèi)部傳輸不同帶寬的編碼語(yǔ)音信號(hào)，則能夠在信道編碼時(shí)采用不同的速率，這導(dǎo)致不同的差錯(cuò)保護(hù)。如此在采用相同信道模式的情況下，當(dāng)傳輸條件較差時(shí)，在信道編碼的過(guò)程中對(duì)窄帶編碼的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)傳輸信道添加的冗余差錯(cuò)保護(hù)位可能多于對(duì)寬帶編碼信號(hào)添加的冗余差錯(cuò)保護(hù)位。因此在變化的傳輸條件下通過(guò)一個(gè)傳輸信道傳輸語(yǔ)音信號(hào)，其中在該傳輸信道中根據(jù)傳輸條件在寬帶和窄帶的語(yǔ)音編碼之間轉(zhuǎn)換語(yǔ)音編碼[“寬帶”轉(zhuǎn)換為“窄帶”(“WB/NB”轉(zhuǎn)換)]，并且使信道編碼、特別是信道編碼的速率與之匹配。接收方對(duì)編碼語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行與編碼匹配的解碼。
在新的用于無(wú)線通信的通信系統(tǒng)UMTS(通用移動(dòng)電信系統(tǒng))中例如標(biāo)準(zhǔn)化了寬帶編碼，以便保證將來(lái)的UMTS終端設(shè)備有非常好的語(yǔ)音質(zhì)量。
這種考慮的缺點(diǎn)是，接收的用戶特別感覺到從寬帶編碼到窄帶編碼的突然轉(zhuǎn)換并且把與此相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量損失感覺為最大干擾。
這種所謂的“WB/NB轉(zhuǎn)換”問(wèn)題也可能出現(xiàn)在用于無(wú)線通信的、具有多個(gè)基站和移動(dòng)部分的通信系統(tǒng)的切換情況中，其中基站分配給不同的通信子系統(tǒng)，并且移動(dòng)部分在系統(tǒng)內(nèi)部針對(duì)跨越子系統(tǒng)的漫游而形成為雙模式移動(dòng)部分考慮的出發(fā)點(diǎn)是在基站和移動(dòng)部分之間的現(xiàn)有寬帶的語(yǔ)音連接。如果現(xiàn)在對(duì)于移動(dòng)部分或者語(yǔ)音用戶而實(shí)施到另一個(gè)基站的切換，則可能發(fā)生這樣的情況，即接管的基站屬于一個(gè)不支持寬帶語(yǔ)音業(yè)務(wù)的子系統(tǒng)。由于這種原因然后返回到窄帶編碼和解碼。
在這種情形中，接收的用戶特別感覺到寬帶編碼到窄帶編碼的突然轉(zhuǎn)換，并把與此相關(guān)聯(lián)的質(zhì)量損失感覺為最大干擾。
正如上面描述的，不支持寬帶語(yǔ)音連接的基站以及僅僅能夠在典型的300至3400Hz的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)窄帶編碼或模擬語(yǔ)音傳輸?shù)钠渌ㄐ沤K端設(shè)備還在廣泛流行，因?yàn)槟壳耙阎耐ㄐ畔到y(tǒng)迄今一般以在3400Hz(第一極限頻率)和300Hz(第二極限頻率)之間的大約3.1kHz的帶寬傳輸語(yǔ)音信號(hào)，因?yàn)楸M管因此給出了語(yǔ)音的帶寬限制但也足以滿足通信。為此目前已知的通信系統(tǒng)使用不同的數(shù)字和模擬編碼方法傳輸語(yǔ)音信號(hào)。
為了如此達(dá)到質(zhì)量改善，使得通信系統(tǒng)中的語(yǔ)音質(zhì)量可以與收音機(jī)信號(hào)和電視機(jī)信號(hào)中的語(yǔ)音質(zhì)量相類似，接收方面必須估測(cè)和合成語(yǔ)音的超過(guò)從300到3400Hz帶寬的頻率成分。
在現(xiàn)有技術(shù)中已公開了不同的、能夠擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的方法。
例如為了在低頻率范圍(＜300Hz)內(nèi)擴(kuò)展帶寬，在專利文件EP 0 994464中公開了由于高通功能而濾除了低頻的語(yǔ)音信號(hào)的低頻率范圍的信號(hào)成分的再生方法，其中所述的高通濾波比如是在通過(guò)電話在遠(yuǎn)處用戶進(jìn)行語(yǔ)音傳輸?shù)那闆r下實(shí)施的(電話機(jī)的發(fā)送特性)。
所述的再生在此是通過(guò)非線性信號(hào)處理產(chǎn)生低頻率范圍的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，借助于該非線性信號(hào)處理產(chǎn)生信號(hào)的子諧波頻率并且子諧波頻率加到高通信號(hào)上。
此外在EP 0 994 464中也公開了一個(gè)擴(kuò)展方案，其中通過(guò)信號(hào)與信號(hào)函數(shù)的相乘實(shí)施非線性的信號(hào)處理。
上述方法的缺點(diǎn)是，已用于對(duì)遠(yuǎn)處用戶終端設(shè)備上的信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波器特性(電話的發(fā)送特性)通常是不已知的，并且該濾波器特性對(duì)于不同的設(shè)備類型是顯著不同的。這在圖8中描述。如果參與的用戶設(shè)備的濾波器特性均是已知的或這些設(shè)備互相匹配，則因此當(dāng)然能夠再生語(yǔ)音信號(hào)。
在許多數(shù)字語(yǔ)音編碼的方法中，用于進(jìn)一步處理與傳輸?shù)臄?shù)字語(yǔ)音信號(hào)分成一些表明信號(hào)間隔的頻譜粗結(jié)構(gòu)的系數(shù)，并且分成為激勵(lì)信號(hào)或者預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)、即所謂的剩余信號(hào)，其形成頻譜細(xì)結(jié)構(gòu)。該剩余信號(hào)不再包含語(yǔ)音信號(hào)的頻譜包絡(luò)，其中該頻譜包絡(luò)通過(guò)描述頻譜粗結(jié)構(gòu)的系數(shù)來(lái)體現(xiàn)。
在解碼器方面，描述頻譜粗結(jié)構(gòu)和細(xì)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)-大都被量化地傳輸?shù)?部分再度合并，并形成解碼的語(yǔ)音信號(hào)。
頻譜粗結(jié)構(gòu)的典型代表形成了在線性預(yù)測(cè)分析中所確定的LPC系數(shù)(線性預(yù)測(cè)編碼)，該系數(shù)描述一個(gè)遞歸濾波器、即所謂的合成濾波器，其轉(zhuǎn)移函數(shù)與頻譜粗結(jié)構(gòu)一致。該系數(shù)以其真正的形式或變化形式用在許多語(yǔ)音編碼器中。對(duì)此在接收方面接收的剩余信號(hào)用作合成濾波器的輸入信號(hào)，如此在濾波器的輸出端上可以提供重現(xiàn)的語(yǔ)音信號(hào)。因此LPC系數(shù)代表了語(yǔ)音信號(hào)段的頻譜粗結(jié)構(gòu)并且在使用適當(dāng)?shù)募?lì)信號(hào)的情況下可以用于合成語(yǔ)音信號(hào)。
為了在高頻率范圍內(nèi)進(jìn)行頻帶擴(kuò)展已公開了基于特別的語(yǔ)音數(shù)據(jù)手冊(cè)、即所謂的碼本的方法，該碼本在窄帶語(yǔ)音信號(hào)段的LPC系數(shù)和寬帶語(yǔ)音信號(hào)段的LPC系數(shù)之間形成一種關(guān)系。這使得必須同時(shí)以窄帶和寬帶的語(yǔ)音來(lái)訓(xùn)練碼本并且碼本必須存儲(chǔ)在通信終端設(shè)備中。
此外從通過(guò)窄帶語(yǔ)音信號(hào)的線性預(yù)測(cè)分析產(chǎn)生的窄帶剩余信號(hào)中產(chǎn)生寬帶激勵(lì)信號(hào)，其包含在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的帶寬之上的頻率成分。
由于碼本必須存儲(chǔ)在通信設(shè)備中，所以除了不僅以窄帶語(yǔ)音而且也以寬帶語(yǔ)音繁復(fù)地訓(xùn)練碼本外，對(duì)存儲(chǔ)器的高需求以及獨(dú)立于說(shuō)話者和語(yǔ)音而在兩種碼本之間進(jìn)行明確分配的這種困難也是不利的。
為了降低在應(yīng)用碼本時(shí)的存儲(chǔ)空間需求，根據(jù)Aachen工學(xué)院研制的方法已知，僅僅通過(guò)結(jié)合隱式Markov(馬爾可夫)模型來(lái)使用碼本，以該模型可以描述實(shí)際的語(yǔ)音特性。
實(shí)際上在高頻率范圍內(nèi)不使用擴(kuò)展帶寬的方法，因?yàn)楫a(chǎn)生的寬帶語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量此外是不足夠的并且依賴于各自的語(yǔ)音信號(hào)。
本發(fā)明基于的任務(wù)在于，以簡(jiǎn)單的并且低成本的方式在沒有質(zhì)量損失的情況下擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬。
以在權(quán)利要求1的前序部分中定義的方法為出發(fā)點(diǎn)通過(guò)在權(quán)利要求1的特征中給出的特征，以在權(quán)利要求4的前序部分中定義的方法為出發(fā)點(diǎn)通過(guò)在權(quán)利要求4的特征中給出的特征，以在權(quán)利要求7的前序部分中定義的方法為出發(fā)點(diǎn)通過(guò)在權(quán)利要求7的特征中給出的特征，以在權(quán)利要求17的前序部分中定義的方法為出發(fā)點(diǎn)通過(guò)在權(quán)利要求17的特征中給出的特征，以及以在權(quán)利要求23的前序部分中定義的方法為出發(fā)點(diǎn)通過(guò)在權(quán)利要求23的特征中給出的特征解決該任務(wù)。
在根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明方法中，針對(duì)在第一極限頻率之上的頻率成分和在第二極限頻率之下的頻率成分而彼此獨(dú)立地(含義是通過(guò)獨(dú)立的不同方法)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)，并在各自估測(cè)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展該窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)。在此主要或者在時(shí)域內(nèi)(權(quán)利要求2)或者在頻域內(nèi)(權(quán)利要求3)可以實(shí)現(xiàn)該估測(cè)。
在權(quán)利要求4或者5以及權(quán)利要求7或8中給出了怎樣針對(duì)在第一極限頻率之上的頻率成分在頻域內(nèi)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的兩種方法，據(jù)此首先窄帶的語(yǔ)音信號(hào)被分別劃分為描述頻譜結(jié)構(gòu)的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，每個(gè)窄帶的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類為濁音或清音，針對(duì)與發(fā)音方式有關(guān)的分類產(chǎn)生用于擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)的、描述頻譜結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充，其中至少對(duì)于濁音的情況補(bǔ)充是獨(dú)立于各自的發(fā)音的，根據(jù)權(quán)利要求6主要通過(guò)FFT分析(快速傅立葉變換)計(jì)算的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生的補(bǔ)充的頻譜結(jié)構(gòu)按照時(shí)隙進(jìn)行邏輯連接，使得分別產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)，并且接下來(lái)根據(jù)權(quán)利要求4從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)中、特別根據(jù)權(quán)利要求6通過(guò)IFFT分析(快速傅立葉逆變換)分別產(chǎn)生一個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，或根據(jù)權(quán)利要求7針對(duì)時(shí)隙時(shí)間而產(chǎn)生寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)的、與窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙一致的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)時(shí)隙，并且從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)和各自的寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)時(shí)隙中分別產(chǎn)生一個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，最后從各個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生一個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
在權(quán)利要求17或者18中給出了針對(duì)在第一極限頻率之上的頻率成分可以在時(shí)域內(nèi)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的一個(gè)選擇方法，據(jù)此首先窄帶語(yǔ)音信號(hào)被劃分為語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙并且每個(gè)窄帶的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類為濁音或清音，接下來(lái)如此非線性處理窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，使得分別產(chǎn)生一個(gè)修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，其一方面包含各自基本上沒有改變的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙并且另一方面包含在第一極限頻率之上通過(guò)非線性信號(hào)處理產(chǎn)生的信號(hào)成分，針對(duì)與發(fā)聲方式有關(guān)的分類如此不同地對(duì)已修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行濾波，使得從修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙并因此產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
在時(shí)域內(nèi)估測(cè)在窄帶第一極限頻率之上的、被濾波的語(yǔ)音信號(hào)的頻率成分是有益的，因?yàn)椴槐睾硕l譜并因此不必在頻譜范圍內(nèi)進(jìn)行高強(qiáng)度運(yùn)算的變換。此外如此對(duì)修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行濾波，使得在濁音的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的情況下在第一極限頻率-例如4kHz-之上通過(guò)較少的能量，在清音的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的情況下在第一極限頻率-例如4kHz-之上通過(guò)較多的能量。
根據(jù)權(quán)利要求4、5、7、8、17和18所述的、在高頻率范圍內(nèi)用于擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的上述本發(fā)明方法與已知方法相比主要優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省存儲(chǔ)空間，因?yàn)榛旧峡梢苑艞壓馁M(fèi)存儲(chǔ)空間的碼本。此外在沒有準(zhǔn)確了解原始寬帶激勵(lì)信號(hào)的情況下允許擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)。此外根據(jù)權(quán)利要求7或者8和17或者18的方法的特征在于非常低的計(jì)算耗費(fèi)。最后在整個(gè)方法中取消了耗費(fèi)存儲(chǔ)器的碼本的訓(xùn)練，其中該訓(xùn)練通常在研制階段必須由用于語(yǔ)音傳輸?shù)耐ㄐ旁O(shè)備來(lái)實(shí)施。
在根據(jù)權(quán)利要求9的改進(jìn)中，對(duì)于分類為濁音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙而分別產(chǎn)生的補(bǔ)充被如此產(chǎn)生，使得該補(bǔ)充的能量相對(duì)于窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的全部能量可以被忽略。
該補(bǔ)充可以始終是相同的，與涉及哪些濁音-例如“a”、“e”或“i”無(wú)關(guān)，如此使得對(duì)于濁音取消了聲音的確定以及碼本的使用。
通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求9的改進(jìn)保證了寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量改善，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種形式的改進(jìn)而考慮了在清音的情況下在上限頻率范圍內(nèi)使信號(hào)能量的主要部分得到持續(xù)，如此使得防止忽略這部分的精確變化，其中這種忽略是因始終進(jìn)行相同的補(bǔ)充并因此歪曲合成的語(yǔ)音信號(hào)而產(chǎn)生的。
在根據(jù)權(quán)利要求10的改進(jìn)中如此來(lái)產(chǎn)生對(duì)于分類為清音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙而分別產(chǎn)生的補(bǔ)充，使得該補(bǔ)充的能量相對(duì)于窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的全部能量而不可被忽略。通過(guò)這種方式在沒有準(zhǔn)確了解清音的情況下可以簡(jiǎn)單實(shí)施窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的擴(kuò)展。
在根據(jù)權(quán)利要求11的改進(jìn)中如此來(lái)產(chǎn)生對(duì)于分類為清音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙而分別產(chǎn)生的補(bǔ)充，使得在至少一個(gè)寬帶碼本的基礎(chǔ)上從窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的第一濾波器系數(shù)中確定寬帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的第二濾波器系數(shù)。由此與沒有應(yīng)用碼本的語(yǔ)音信號(hào)相比可以改善合成的語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量。
根據(jù)權(quán)利要求12的改進(jìn)允許根據(jù)已確定的寬帶濾波器系數(shù)來(lái)再生在高頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展的寬帶語(yǔ)音信號(hào)。
根據(jù)權(quán)利要求13的改進(jìn)允許根據(jù)已確定的寬帶濾波器系數(shù)和寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)時(shí)隙來(lái)再生在高頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展的寬帶語(yǔ)音信號(hào)。
在根據(jù)權(quán)利要求7和8的方法中，對(duì)于合成濾波器的濾波器系數(shù)的估測(cè)不需要碼本，由此以有益的方式可以降低存儲(chǔ)器空間需求。當(dāng)然非常粗地估測(cè)在第一極限頻率、例如4kHz之上的頻率包絡(luò)，這在某種清音的情況下偶爾導(dǎo)致產(chǎn)生不希望的假象。為了避免這種假象，在根據(jù)權(quán)利要求14的改進(jìn)中寬帶的濾波器系數(shù)與寬帶碼本中的記錄比較，并且在寬帶碼本中，最適合于寬帶濾波器系數(shù)的記錄作為濾波器系數(shù)是合成寬帶擴(kuò)展語(yǔ)音信號(hào)的基礎(chǔ)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)使用碼本在現(xiàn)有碼本比較的基礎(chǔ)上找到的濾波器系數(shù)不僅在第一極限頻率(例如4kHz)之下而且也在第一極限頻率(例如4kHz)之上更好地接近真實(shí)系數(shù)。這表明，在第一極限頻率之上的系數(shù)估測(cè)不再是粗的。此外這是有益的，即一方面僅僅需要寬帶的碼本并且不再附加需要窄帶碼本，另一方面同在現(xiàn)有技術(shù)(Aachen工學(xué)院研制的方法)中一樣不再需要隱式Markov模型。
為了改善根據(jù)權(quán)利要求4至8的寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量，有益的是根據(jù)權(quán)利要求16對(duì)從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)中分別產(chǎn)生的寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行高通濾波，高通濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙與相應(yīng)的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行邏輯連接并且從各個(gè)邏輯連接的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
在根據(jù)權(quán)利要求19的改進(jìn)中，對(duì)于分類為濁音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分別通過(guò)非線性信號(hào)處理所產(chǎn)生的信號(hào)成分如此來(lái)產(chǎn)生，使得相對(duì)于窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的全部能量可以忽略各個(gè)語(yǔ)音信號(hào)成分的能量。
在根據(jù)權(quán)利要求20的改進(jìn)中，對(duì)于分類為清音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)段分別通過(guò)非線性信號(hào)處理所產(chǎn)生的信號(hào)成分如此來(lái)產(chǎn)生，使得相對(duì)于窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的全部能量不可以忽略各個(gè)信號(hào)成分的能量。
根據(jù)權(quán)利要求21有利的是(因?yàn)楹?jiǎn)單地實(shí)現(xiàn))通過(guò)頻譜的鏡像形成所述的信號(hào)成分。
根據(jù)權(quán)利要求22(在該方法的簡(jiǎn)化計(jì)算與實(shí)施的意義上)通過(guò)同樣長(zhǎng)地選擇窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙有益地改進(jìn)了擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的方法。
在權(quán)利要求23或者24中給出一個(gè)方法，可以估測(cè)關(guān)于在第二極限頻率之下的信號(hào)成分的窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)，其方式是首先計(jì)算窄帶語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)，接下來(lái)根據(jù)預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的濾波器特性并在該濾波器特性的基礎(chǔ)上如此控制處理窄帶語(yǔ)音信號(hào)的過(guò)程，使得產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
根據(jù)權(quán)利要求23的方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，在沒有了解原始寬帶激勵(lì)信號(hào)的情況下并且在沒有了解通信終端設(shè)備的發(fā)送濾波器特性的情況下簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了在低頻率范圍內(nèi)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的擴(kuò)展，其達(dá)到了語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量改善的目的。
根據(jù)權(quán)利要求25，通過(guò)比較在至少兩個(gè)頻率范圍內(nèi)測(cè)量的、預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)的部分能量，并從由此引起的能量差中推斷出窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的濾波器特性，這樣來(lái)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的濾波器特性。
根據(jù)權(quán)利要求26和27的改進(jìn)，通過(guò)匹配地校正窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)允許改善語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量，如果低頻的增益不高，則當(dāng)然可以特別有利地使用該方法。
根據(jù)權(quán)利要求26的改進(jìn)，通過(guò)簡(jiǎn)單分析反向?yàn)V波器特性實(shí)現(xiàn)匹配。
根據(jù)權(quán)利要求27附加的選擇方案，通過(guò)再生基頻和/或至少一個(gè)諧波同樣允許匹配地校正并防止互調(diào)制。
根據(jù)權(quán)利要求28的改進(jìn)，通過(guò)去除擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)的不希望部分，來(lái)防止不希望的諧波同原信號(hào)相加，如果擴(kuò)展的信號(hào)有直流成分，則有益地使用該改進(jìn)方案。
在其余的從屬權(quán)利要求中給出另外的有益改進(jìn)。
下面根據(jù)在圖中描述的實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明的另外要素、特征和優(yōu)點(diǎn)。其中


圖1作為第一實(shí)施例示出了在頻域內(nèi)在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上用于在高頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的流程圖，圖2作為第二實(shí)施例示出了在頻域內(nèi)在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上用于在高頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的流程圖，圖3作為第三實(shí)施例示出了在時(shí)域內(nèi)在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上用于在高頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的流程圖，圖4作為第四實(shí)施例示出了在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第二極限頻率之下用于在低頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的流程圖，圖5作為第五實(shí)施例示出了在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第二極限頻率之下用于在低頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的流程圖，圖6a示出了濁音(Vokals)的頻譜，圖6b示出了清音(Frikattivs)的頻譜，圖7a示出了濁音頻譜的可能擴(kuò)展，圖7b示出了清音頻譜的可能擴(kuò)展，圖8示出了不同設(shè)備類型的濾波器特性，圖9a示出了第一語(yǔ)音信號(hào)的曲線，圖9b示出了第一個(gè)從語(yǔ)音信號(hào)中得出的剩余信號(hào)的曲線，圖9c示出了語(yǔ)音信號(hào)的瞬時(shí)頻譜分析，圖9d示出了剩余信號(hào)的瞬時(shí)頻譜分析。
圖1根據(jù)流程圖示出了在頻域內(nèi)在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率-例如4kHz-之上用于在高頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的第一過(guò)程(第一方法)。根據(jù)所述過(guò)程的輸出狀態(tài)AZ，由通信設(shè)備發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)。因此存在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)。
在第一過(guò)程步驟P0.1中該語(yǔ)音信號(hào)優(yōu)選地劃分為同樣大小的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙。接下來(lái)在第二過(guò)程步驟P1.1中對(duì)于每個(gè)語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙通過(guò)“快速傅立葉變換(FFT)”計(jì)算頻譜結(jié)構(gòu)，在第三過(guò)程步驟P2.1中如此實(shí)施分類，使得各自語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類或定義為濁音-比如“a”、“e”或“i”，其發(fā)音具有在圖6a中描述的頻譜-，或分類或者定義為清音-比如“s”、“sch”或“f”，其發(fā)音具有在圖6b中描述的頻譜。
例如根據(jù)第一基頻的位置或根據(jù)在確定頻率-例如2kHz-之上和之下的頻譜部分之比進(jìn)行區(qū)分。根據(jù)窄帶頻譜簡(jiǎn)單進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)樵趫D6a中描述的濁音的頻譜與在圖6b中描述的清音的頻譜的比較表明，濁音與清音通常有顯著不同的頻譜。
作為此處的選擇方案，根據(jù)另一相隨的、同第一信號(hào)相關(guān)的窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙確定第一窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的瞬時(shí)信號(hào)能量以及長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量，接下來(lái)通過(guò)瞬時(shí)信號(hào)能量同長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量之比與閾值的比較實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。
作為選擇方案，通過(guò)瞬時(shí)信號(hào)能量(也就是說(shuō)在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的短時(shí)間內(nèi)的信號(hào)能量)與長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量(也就是說(shuō)考慮較長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)能量)的比較和接下來(lái)瞬時(shí)能量同長(zhǎng)時(shí)間能量之比與固定閾值的比較可以進(jìn)行區(qū)分。
之后在第四過(guò)程步驟P3.1中針對(duì)在第三過(guò)程步驟P2.1中進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類通過(guò)“快速傅立葉反變換(IFFT)”來(lái)擴(kuò)展在第二過(guò)程步驟P1.1中計(jì)算的頻譜結(jié)構(gòu)。這是如此進(jìn)行的，即針對(duì)在第三過(guò)程步驟P2.1中進(jìn)行的與發(fā)音有關(guān)的分類按照時(shí)隙產(chǎn)生用于擴(kuò)展語(yǔ)音信號(hào)的補(bǔ)充，該補(bǔ)充分別具有一個(gè)頻譜結(jié)構(gòu)，其中例如(特別)對(duì)于濁音的情況該補(bǔ)充獨(dú)立于各自發(fā)音(隨著語(yǔ)音方式的確定-濁音/清音-也確定擴(kuò)展帶寬所必需的補(bǔ)充)，窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生的補(bǔ)充的頻譜結(jié)構(gòu)按照時(shí)隙邏輯連接成為擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)，從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)中分別產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙。
接下來(lái)存在兩種可能性來(lái)獲得寬帶的、在高頻率的方向上擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
為了達(dá)到寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)的一定質(zhì)量改善，可以在第五過(guò)程步驟P4.1中借助于高通濾波器對(duì)各自在第四過(guò)程步驟P3.1中產(chǎn)生的寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行濾波，然后在第六過(guò)程步驟P5.1中把已濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙與來(lái)自第一過(guò)程步驟P0.1的相應(yīng)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行邏輯連接，在結(jié)束之前在第七過(guò)程步驟P6.1中從各個(gè)邏輯連接的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中通過(guò)合并這些時(shí)隙產(chǎn)生寬帶的、在高頻率方向上擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
如果可以放棄寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)的這種質(zhì)量改善，那么除此之外也能夠直接在第四過(guò)程步驟P3.1之后，由在第四過(guò)程步驟中分別產(chǎn)生的寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙、在第七過(guò)程步驟P6.1中通過(guò)合并這些時(shí)隙而產(chǎn)生在高頻率的方向上擴(kuò)展的寬帶語(yǔ)音信號(hào)。
根據(jù)圖2首先闡述根據(jù)第二過(guò)程(第二方法)的窄帶濾波語(yǔ)音信號(hào)在高頻率方向上的根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)展。
一般通過(guò)線性預(yù)測(cè)來(lái)分析語(yǔ)音信號(hào)。在此假設(shè)，通過(guò)先前的語(yǔ)音采樣值的線性組合來(lái)近似代替語(yǔ)音采樣值，由此來(lái)計(jì)算線性預(yù)測(cè)系數(shù)、即所謂的描述語(yǔ)音合成濾波器的濾波器系數(shù)的LPC系數(shù)，以及計(jì)算該合成濾波器的激勵(lì)信號(hào)。通過(guò)應(yīng)用屬于一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)段的LPC系數(shù)在該語(yǔ)音信號(hào)段上借助于通過(guò)該系數(shù)定義的非遞歸數(shù)字濾波器對(duì)該部分的濾波產(chǎn)生所謂的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)。該信號(hào)說(shuō)明在通過(guò)線性預(yù)測(cè)估測(cè)的信號(hào)值與實(shí)際信號(hào)值之間的差。同時(shí)也描述了通過(guò)LPC系數(shù)定義的純遞歸的合成濾波器的激勵(lì)信號(hào)，借助該合成濾波器通過(guò)預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)或者激勵(lì)信號(hào)的濾波來(lái)再生原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)成分。
為了在高頻率的方向上擴(kuò)展語(yǔ)音信號(hào)，必須了解寬帶激勵(lì)信號(hào)和濾波器系數(shù)，該濾波器系數(shù)在線性預(yù)測(cè)的意義上描述(寬帶)語(yǔ)音信號(hào)。
因?yàn)槔缭谡瓗鬏數(shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中語(yǔ)音信號(hào)以窄帶存在，所以按照本發(fā)明根據(jù)借助于線性預(yù)測(cè)從語(yǔ)音信號(hào)中計(jì)算的窄帶激勵(lì)信號(hào)來(lái)獲得寬帶激勵(lì)信號(hào)。
這是例如通過(guò)窄帶激勵(lì)信號(hào)的頻率鏡像實(shí)現(xiàn)的，其中在0kHz和4kHz之間的頻率成分在4kHz頻譜線上鏡像為4kHz至8kHz的范圍。
選擇性地也可以通過(guò)窄帶信號(hào)與高斯(白)噪聲或限制(彩色)噪聲相加實(shí)現(xiàn)計(jì)算。
圖2根據(jù)流程圖示出了在頻域內(nèi)在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率-例如4kHz-之上在高頻率的方向上用于擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的第二過(guò)程(第一方法)。根據(jù)所述過(guò)程的輸出狀態(tài)AZ再度由電信設(shè)備發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)。因此再度存在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)。
在第一過(guò)程步驟P0.2中語(yǔ)音信號(hào)優(yōu)選地劃分為相同大小的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙。接下來(lái)在第二過(guò)程步驟P1.2中以已知的方式對(duì)于每個(gè)語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙在預(yù)測(cè)分析的范圍內(nèi)計(jì)算LPC系數(shù)和窄帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)，在第三過(guò)程步驟P2.2中在LPC系數(shù)和窄帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)的基礎(chǔ)上計(jì)算窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)，在第四過(guò)程步驟P3.2中如此實(shí)施分類，即各自語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類或定義為濁音-比如“a”、“e”或“i”，其發(fā)音具有在圖6a中描述的頻譜-，或分類或者定義為清音-比如“s”、“sch”或“f”，其發(fā)音具有在圖6b中描述的頻譜。
例如根據(jù)第一基頻的位置或根據(jù)在確定頻率-例如2kHz-之上或之下的頻譜部分之比進(jìn)行區(qū)分。根據(jù)窄帶頻譜可簡(jiǎn)單進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)樵趫D6a中描述的濁音頻譜與在圖6b中描述的清音頻譜的比較表明，濁音與清音通常有顯著不同的頻譜。
作為選擇方案，根據(jù)另一相隨的、同第一信號(hào)相關(guān)的窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙確定第一窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的瞬時(shí)信號(hào)能量以及長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量，接下來(lái)通過(guò)瞬時(shí)信號(hào)能量同長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量之比與閾值的比較實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。
作為選擇方案，通過(guò)瞬時(shí)信號(hào)能量-也就是說(shuō)在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的短時(shí)間內(nèi)的信號(hào)能量-與長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量-也就是說(shuō)考慮較長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)能量-的比較和接下來(lái)瞬時(shí)能量同長(zhǎng)時(shí)間能量之比與固定閾值的比較可以進(jìn)行區(qū)分。
之后在第五過(guò)程步驟4.2中針對(duì)在第三過(guò)程步驟P2.1中進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類來(lái)擴(kuò)展在第三過(guò)程步驟P2.2中計(jì)算的頻譜結(jié)構(gòu)。這是如此實(shí)現(xiàn)的，即針對(duì)在第四過(guò)程步驟P3.2中進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類按照時(shí)隙產(chǎn)生用于擴(kuò)展語(yǔ)音信號(hào)的補(bǔ)充，這些補(bǔ)充分別具有一個(gè)頻譜結(jié)構(gòu)，其中對(duì)于濁音的情況該補(bǔ)充獨(dú)立于各自的發(fā)音(隨著語(yǔ)音方式的確定-濁音/清音-也確定用于擴(kuò)展帶寬所必需的補(bǔ)充)，窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生的補(bǔ)充的頻譜結(jié)構(gòu)按照時(shí)隙邏輯連接為一個(gè)擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)。
如果在第五過(guò)程步驟P4.2中在檢查窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)涉及濁音，那么就如圖7a中所述如此通過(guò)補(bǔ)充來(lái)擴(kuò)展窄帶頻譜結(jié)構(gòu)，即在4kHz之上擴(kuò)展的寬帶頻譜結(jié)構(gòu)的能量顯著低于在4kHz之下的頻譜結(jié)構(gòu)的能量。例如可以考慮使頻譜結(jié)構(gòu)下降、呈指數(shù)函數(shù)下降、上升、保持同樣的零能級(jí)或保持同樣的能級(jí)直至較高的頻率。
也可選擇性地完全不考慮擴(kuò)展，因?yàn)橥ǔ？梢院雎栽谡瓗дZ(yǔ)音信號(hào)的上限頻率(例如4kHz)之上濁音的信號(hào)能量(參見圖6a)。對(duì)于這種情況所產(chǎn)生的寬帶頻率特性曲線與基本的窄帶語(yǔ)音信號(hào)的窄帶頻率特性曲線一致。
也可以使在檢測(cè)濁音之后所進(jìn)行的擴(kuò)展獨(dú)立于聲音的準(zhǔn)確識(shí)別而始終不變(僅僅與窄帶語(yǔ)音信號(hào)的能量相匹配)，如此達(dá)到了該擴(kuò)展的簡(jiǎn)單、低成本并且快速的轉(zhuǎn)換。
如果在第五過(guò)程步驟P4.2中在檢查窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)涉及清音，那么就如圖7b中所述如此來(lái)擴(kuò)展窄帶頻率特性曲線，使得該頻率特性曲線-與在濁音情況下的擴(kuò)展相反-在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率(例如4kHz)之上的范圍內(nèi)具有其全部能量的不可忽略的部分。
在此也可以始終獨(dú)立于聲音的準(zhǔn)確識(shí)別并通過(guò)同樣方式的頻譜擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展(僅僅與窄帶語(yǔ)音信號(hào)的能量相匹配)，如此同樣達(dá)到擴(kuò)展的簡(jiǎn)單、低成本并且快速的轉(zhuǎn)換。
作為在圖2中第一至第五過(guò)程步驟P0.2…P4.2的結(jié)果，依賴于存在的窄帶頻譜結(jié)構(gòu)所基于的聲音而產(chǎn)生新的、擴(kuò)展的寬帶頻譜結(jié)構(gòu)。
作為在第五過(guò)程步驟P4.2中實(shí)施擴(kuò)展的一種選擇方案也可以使用碼本。對(duì)此的前提條件是，存在至少一個(gè)碼本，該碼本比如憑借存儲(chǔ)在隱式Markov模型(HMM)中的語(yǔ)音統(tǒng)計(jì)特性來(lái)描述窄帶和寬帶濾波器系數(shù)之間的關(guān)系，并根據(jù)與在第二過(guò)程步驟P1.2中計(jì)算出的窄帶濾波器系數(shù)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系提供寬帶的濾波器系數(shù)。
在一種通過(guò)一個(gè)或多個(gè)碼本再現(xiàn)的從窄帶濾波器系數(shù)到寬帶濾波器系數(shù)的選擇性分配關(guān)系中，從在第二過(guò)程步驟P1.2中所計(jì)算的窄帶濾波器系數(shù)中確定所屬的寬帶濾波器系數(shù)。該濾波器系數(shù)用于合成在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的上限頻率(例如4kHz)之上的頻率成分。
可是僅僅對(duì)于這種情況才需要碼本，即在第四過(guò)程步驟P3.2中所獲得的窄帶頻譜包絡(luò)的檢查檢測(cè)為清音。因此該碼本也可以局限于清音的濾波器系數(shù)并因而非常小，由此該碼本對(duì)通信終端設(shè)備的存儲(chǔ)要求不大。
此外在第六過(guò)程步驟P5.2中，在第二過(guò)程步驟P1.2中所計(jì)算的窄帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)擴(kuò)展為寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)，如此使得針對(duì)時(shí)隙時(shí)延產(chǎn)生了寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)的、與窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙相對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)間隔。
之后，根據(jù)在第五過(guò)程步驟P4.2中產(chǎn)生的擴(kuò)展頻譜結(jié)構(gòu)并通過(guò)在第七過(guò)程步驟P6.2中計(jì)算寬帶濾波器系數(shù)，以及根據(jù)在第六過(guò)程步驟P5.2中分別產(chǎn)生的寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)間隔并在第八過(guò)程步驟P7.2中借助于所謂的合成濾波器分別產(chǎn)生一個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙。
之后有兩種可能性來(lái)獲得寬帶的、在高頻率的方向上擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
為達(dá)到寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)的一定質(zhì)量改善，在第九過(guò)程步驟P8.2中借助高通濾波器能夠?qū)Ω鱾€(gè)在第八過(guò)程步驟P7.2中產(chǎn)生的寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行濾波，此后在第十過(guò)程步驟P9.2中，已濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙與第一過(guò)程步驟P0.2的相應(yīng)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行邏輯連接，最后在第十一過(guò)程步驟P10.2中從各個(gè)邏輯連接的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中通過(guò)合并這些時(shí)隙產(chǎn)生寬帶的、在高頻率方向上擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
如果可以放棄寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)的這種質(zhì)量改善，那么除此之外也可以直接在第八過(guò)程步驟P7.2之后，在第十一過(guò)程步驟P10.2中由在第八過(guò)程步驟中分別產(chǎn)生的寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙并通過(guò)合并這些時(shí)隙而產(chǎn)生在高頻率的方向上擴(kuò)展的寬帶語(yǔ)音信號(hào)。
寬帶濾波器系數(shù)根據(jù)從寬帶頻譜結(jié)構(gòu)的估測(cè)中計(jì)算的濾波器系數(shù)來(lái)描述寬帶語(yǔ)音信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)。
該寬帶濾波器系數(shù)則用于語(yǔ)音合成，在使用-如前所述-所產(chǎn)生的寬帶激勵(lì)信號(hào)或預(yù)測(cè)信號(hào)的情況下通過(guò)語(yǔ)音合成產(chǎn)生寬帶的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，并因此產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)，其質(zhì)量明顯好于窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)。
根據(jù)碼本計(jì)算的、并且供給合成濾波器的寬帶濾波器系數(shù)用于合成語(yǔ)音信號(hào)的上頻帶，這導(dǎo)致語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)帶寬擴(kuò)展而改善質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明，從而在沒有碼本的幫助下或者以非常小的碼本確定寬帶濾波器系數(shù)，其中在以下通信系統(tǒng)中可以應(yīng)用在高頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的本發(fā)明方法，即在該通信系統(tǒng)中使用具有可變比特率的語(yǔ)音編碼器，其不僅可以寬帶編碼而且也可以窄帶編碼，因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)這種情況，即語(yǔ)音編碼器在通信期間在窄帶(narrow band)和寬帶(wide band)之間變換。
對(duì)此通過(guò)應(yīng)用在本發(fā)明中描述的方法在通信終端設(shè)備中防止由此引起的、在通信質(zhì)量方面的明顯惡化。
在比如根據(jù)UMTS標(biāo)準(zhǔn)工作的、并出現(xiàn)上述難題的通信系統(tǒng)中，從而可以在窄帶傳輸期間有利地使用寬帶語(yǔ)音信號(hào)成分的根據(jù)本發(fā)明的估測(cè)，以便保證穩(wěn)定的質(zhì)量。
圖3根據(jù)流程圖示出了在時(shí)域內(nèi)在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率-例如4kHz-之上在高頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的第三過(guò)程(第三方法)。根據(jù)所描述過(guò)程的輸出狀態(tài)AZ，再度由通信設(shè)備發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)。因此再度存在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)。
在第一過(guò)程步驟P0.3中語(yǔ)音信號(hào)優(yōu)選地劃分為同樣大小的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙。接下來(lái)在第二過(guò)程步驟P1.3中對(duì)于每個(gè)語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙如此實(shí)施分類，使得各自語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類或定義為濁音-比如“a”、“e”或“i”，其發(fā)音具有在圖6a中所描述的頻譜-，或分類或者定義為清音-比如“s”、“sch”或“f”，其發(fā)音具有在圖6b中所描述的頻譜。
例如根據(jù)第一基頻的位置或根據(jù)在確定頻率-例如2kHz-之上和之下的頻譜部分之比進(jìn)行區(qū)分?？梢愿鶕?jù)窄帶頻譜簡(jiǎn)單進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)樵趫D6a中描述的濁音的頻譜與在圖6b中描述的清音的頻譜的比較表明，濁音與清音通常有顯著不同的頻譜。
為此也可選擇性地根據(jù)另一相隨的、同第一信號(hào)相關(guān)的窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙確定第一窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的瞬時(shí)信號(hào)能量以及長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量，接下來(lái)通過(guò)瞬時(shí)信號(hào)能量同長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量之比與閾值的比較實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。
為此也可選擇性地通過(guò)瞬時(shí)信號(hào)能量-也就是說(shuō)在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的短時(shí)間內(nèi)的信號(hào)能量-與長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)能量-也就是說(shuō)考慮較長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)能量-的比較和接下來(lái)瞬時(shí)能量同長(zhǎng)時(shí)間能量之比與固定閾值的比較可以進(jìn)行區(qū)分。
此外在第三過(guò)程步驟P2.3中如此非線性地、優(yōu)選通過(guò)頻譜鏡像來(lái)處理窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，即分別產(chǎn)生修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，其一方面包含各自基本上沒有改變的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，另一方面包含在第一極限頻率之上通過(guò)非線性信號(hào)處理所產(chǎn)生的信號(hào)成分。
之后在第四過(guò)程步驟P3.3中針對(duì)進(jìn)行的與發(fā)聲方式有關(guān)的分類如此不同地對(duì)已修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行濾波，使得從已修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙并因此產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)，其中在濁音的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的情況下在第一極限頻率-例如4kHz-之上通過(guò)較少能量，在清音語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的情況下在第一極限頻率-例如4kHz-之上通過(guò)較多能量。
以圖8為出發(fā)點(diǎn)并根據(jù)圖9a至9d首先闡述在低頻率的方向上對(duì)于帶寬限制的語(yǔ)音信號(hào)的根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)展或者低頻率成分的再生。
正如開始討論的，從EP 0 994 464中已經(jīng)公開了由于高通功能而低頻受限制的語(yǔ)音信號(hào)的低頻率成分的信號(hào)成分的頻譜再生，其中通過(guò)非線性信號(hào)處理通過(guò)產(chǎn)生低頻率范圍的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)再生，其中為此信號(hào)的子諧波頻率被生成并且疊加到高通信號(hào)上。
在現(xiàn)有的、特別是公開于EP 0 994 464的擴(kuò)展低頻率的方法中必須了解濾波器特性，以該濾波器特性在遠(yuǎn)端通信終端設(shè)備上對(duì)信號(hào)濾波。一般僅僅在應(yīng)用具有相同特性的通信設(shè)備的情況下、也就是說(shuō)應(yīng)用相同類型的通信終端設(shè)備可以最佳地使用如此的方法，因?yàn)槠錇V波器特性相同或者匹配。
在不純的系統(tǒng)中，也即在該系統(tǒng)中使用多種不同的通信設(shè)備以及不同類型的通信設(shè)備，不可以使用該方法，因?yàn)椴煌愋偷耐ㄐ旁O(shè)備，例如西門子通信設(shè)備，象在圖8中示出的一樣具有不同的濾波器特性。
根據(jù)本發(fā)明的方法允許在不純的系統(tǒng)中擴(kuò)展在低頻率范圍內(nèi)的帶寬限制的語(yǔ)音信號(hào)，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明通過(guò)估測(cè)確定濾波器特性，其中為了上述估測(cè)首先從一個(gè)比如在圖9a中描述的語(yǔ)音信號(hào)中通過(guò)從文獻(xiàn)中已知的線性預(yù)測(cè)方法來(lái)計(jì)算比如在圖9b中描述的第一剩余信號(hào)(第一剩余信號(hào))、也稱為預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)，其中如果通過(guò)另外的處理步驟已知該剩余信號(hào)，則可以取消第一剩余信號(hào)的計(jì)算。
正如從專業(yè)文獻(xiàn)(Vary，Heute，Hess“DigitaleSprachsigna1verarbeitung(數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)處理)”，TeubnerStuttgart 1998)中公開的，第一剩余信號(hào)的頻譜形式特別是通過(guò)與在圖9c中描述的語(yǔ)音信號(hào)的頻譜相比較可以看出，象在圖9d中可以得出的一樣，在傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)幾乎是平的，僅僅在濾波器的邊緣下降，其中該濾波器對(duì)在遠(yuǎn)端通信終端設(shè)備中的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行帶寬限制，以這種認(rèn)識(shí)和計(jì)算的剩余信號(hào)實(shí)施濾波器特性的估測(cè)，其中在不同頻帶內(nèi)剩余信號(hào)能量的測(cè)量尤其提供了關(guān)于濾波器特性的信息。
圖4根據(jù)流程圖示出了在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第二極限頻率-例如300kz-之下在低頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的第四過(guò)程(第四方法)。根據(jù)所描述過(guò)程的輸出狀態(tài)AZ再度由通信設(shè)備發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)。因此再度存在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)。
以窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)為出發(fā)點(diǎn)，在第一過(guò)程步驟P0.4中計(jì)算相關(guān)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)或者剩余信號(hào)，如此使得在第二過(guò)程步驟P1.4中估測(cè)濾波器特性以及在第三過(guò)程步驟P2.4中根據(jù)已估測(cè)的濾波器特性計(jì)算反向?yàn)V波器特性。
接下來(lái)在第四過(guò)程步驟P3.4中以該反向?yàn)V波器特性計(jì)算一個(gè)相反的濾波器，以該濾波器校正基本的窄帶語(yǔ)音信號(hào)以及提升低頻，其中為此必須不太大地選擇低頻的必需的增益，因?yàn)榉駝t信號(hào)與噪聲功率之比(一般以信噪比表示)明顯惡化。
在遵循該條件的情況下，在實(shí)現(xiàn)校正之后存在寬帶的、在低頻率方向上擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)，如此使得在使用該方法的情況下在通信終端設(shè)備中達(dá)到語(yǔ)音質(zhì)量改善的目的。
這種校正在此意味著以所估測(cè)的反向?yàn)V波器特性對(duì)窄帶語(yǔ)音信號(hào)濾波，也就是說(shuō)放大低頻，并且根據(jù)反向?yàn)V波器特性確定增益。
此外可以由此改善在EP 0 994 464中描述的方法，即用信號(hào)的數(shù)值形成(全波整流)或用信號(hào)的半波整流(其實(shí)施可以比已知的窄帶語(yǔ)音信號(hào)與該信號(hào)函數(shù)相乘更為簡(jiǎn)單)代替非線性信號(hào)處理，其中在該非線性信號(hào)處理中產(chǎn)生語(yǔ)音信號(hào)的子諧波頻率，這樣，避免了在EP 0994 464中描述的非線性信號(hào)處理引起的相對(duì)高的信號(hào)處理耗費(fèi)。
圖5根據(jù)流程圖示出了在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的第二極限頻率-例如300Hz-之下在低頻率的方向上擴(kuò)展由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的第五過(guò)程(第五方法)。根據(jù)描述過(guò)程的輸出狀態(tài)AZ再度由通信設(shè)備發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)。因此再度存在窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)。
以窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)為出發(fā)點(diǎn)，在第一過(guò)程步驟P0.5中計(jì)算相關(guān)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)或者剩余信號(hào)，如此使得在第二過(guò)程步驟P1.5中估測(cè)濾波器特性以及獲得至少一個(gè)控制參數(shù)。
所獲得的控制參數(shù)用于控制非線性信號(hào)處理。為了非線性信號(hào)處理，在第三過(guò)程步驟P2.5中對(duì)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)濾波，或在沒有附加濾波的情況下窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)直接作為非線性處理的基礎(chǔ)。在第四過(guò)程步驟P3.5中進(jìn)行非線性信號(hào)處理。通過(guò)所獲得的控制參數(shù)如此最佳化非線性信號(hào)處理，使得依賴于基本的語(yǔ)音信號(hào)來(lái)匹配基頻的幅度和/或缺少的諧波，其中該諧波的再生應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)非線性信號(hào)處理。
如果基本的窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬是如此大，以至存在互調(diào)制的危險(xiǎn)，則當(dāng)然僅僅實(shí)施在第三過(guò)程步驟P2.5中濾波。
在此這種互調(diào)制意味著，通過(guò)非線性信號(hào)處理在諧波之間也可能產(chǎn)生另外所不希望的、不屬于原始信號(hào)的頻率。
在第五過(guò)程步驟P4.5中對(duì)非線性信號(hào)處理的結(jié)果進(jìn)行帶通濾波，以便降低不希望的、處于要合成的頻率范圍之外的信號(hào)成分。
作為帶通濾波的選擇方案，也可以進(jìn)行低通濾波。如果在必需濾波的信號(hào)中始終存在的直流成分較低，則一般當(dāng)然使用低通濾波。
最后在第六過(guò)程步驟P5.5中，如此濾波的信號(hào)與基本的語(yǔ)音信號(hào)優(yōu)選地通過(guò)相加來(lái)邏輯連接，如此使得作為結(jié)果而存在寬帶的、在低頻率的方向上擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
只要滿足在根據(jù)圖4的實(shí)施例中討論的條件、即必需的增益不是十分大，則同樣可以考慮在圖4和圖5所述方法之中的一個(gè)沒有描述的組合，也就是說(shuō)窄帶語(yǔ)音信號(hào)的非線性信號(hào)處理和校正的組合。
對(duì)此如此組合這兩種方法，即首先以計(jì)算的反向?yàn)V波器來(lái)校正窄帶信號(hào)，接下來(lái)應(yīng)用非線性信號(hào)處理。
此外，用于在高頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)的本發(fā)明方法與在低頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)的方法的-同樣沒有被描述的-可以稱為“寬帶語(yǔ)音擴(kuò)展”的組合是特別有益的，因?yàn)樵摻M合保證了最接近基本語(yǔ)音信號(hào)的寬帶語(yǔ)音信號(hào)的合成，如此使得使用“寬帶語(yǔ)音擴(kuò)展”的通信終端設(shè)備的用戶聽到可以與在收音機(jī)與電視機(jī)的語(yǔ)音信號(hào)質(zhì)量相媲美的、高質(zhì)量的語(yǔ)音信號(hào)。
因此“寬帶語(yǔ)音擴(kuò)展”可用在這樣的通信設(shè)備中以便給用戶產(chǎn)生寬帶傳輸?shù)挠∠?，其中在該設(shè)備中進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的帶寬限制的傳輸。
除了用于在高頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)的本發(fā)明方法外，在出現(xiàn)“WB/NB轉(zhuǎn)換”問(wèn)題的通信系統(tǒng)中也可以使用“寬帶語(yǔ)音擴(kuò)展”，如此使得始終保證寬帶的語(yǔ)音信號(hào)并因此保證連續(xù)穩(wěn)定的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)、特別是由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的方法，其特征在于，針對(duì)在第一極限頻率之上和在第二極限頻率之下的頻率成分分別獨(dú)立地估測(cè)窄帶語(yǔ)音信號(hào)，并且在各自估測(cè)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在時(shí)域內(nèi)實(shí)施估測(cè)。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在頻域內(nèi)實(shí)施估測(cè)。
4.在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)、特別是由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的方法，在該方法中a)窄帶語(yǔ)音信號(hào)劃分為語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P0.1)并且分別計(jì)算語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)(P1.1)，b)每個(gè)窄帶的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類為濁音或分類為清音(P2.1)，其特征在于，c)針對(duì)在b)中所進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類生成具有頻譜結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充，以用于擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)(P3.1)，其中特別是至少對(duì)于濁音情況該補(bǔ)充獨(dú)立于各個(gè)發(fā)音，d)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)和所產(chǎn)生的補(bǔ)充的頻譜結(jié)構(gòu)按照時(shí)隙如此邏輯連接(P3.1)，使得分別產(chǎn)生擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)，e)從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)中分別產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P3.1)，f)從各個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)(P6.1)。
5.按照權(quán)利要求1或3的方法，其特征在于，在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上a)窄帶語(yǔ)音信號(hào)劃分為語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P0.1)并且分別計(jì)算語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)(P1.1)，b)每個(gè)窄帶的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類為濁音或分類為清音(P2.1)，c)針對(duì)在b)中進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類生成具有頻譜結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充，以用于擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)(P3.1)，其中特別是至少對(duì)于濁音情況該補(bǔ)充獨(dú)立于各發(fā)音，d)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)和所產(chǎn)生的補(bǔ)充的頻譜結(jié)構(gòu)按照時(shí)隙如此邏輯連接(P3.1)，使得分別產(chǎn)生擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)，e)從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)中分別產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P3.1)，f)從各個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)(P6.1)。
6.按照權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于，通過(guò)FFT分析計(jì)算窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)并從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)中通過(guò)IFFT分析產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙。
7.用于在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)、特別是由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的方法，在該方法中a)窄帶語(yǔ)音信號(hào)劃分為語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P0.2)并且分別計(jì)算語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)(P1.2、P2.2)，b)每個(gè)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類為濁音或分類為清音(P3.2)，其特征在于，c)針對(duì)在b)中進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類生成具有頻譜結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充，以用于擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)(P4.2)，其中特別是至少對(duì)于濁音情況該補(bǔ)充獨(dú)立于各發(fā)音，d)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)和所產(chǎn)生的補(bǔ)充的頻譜結(jié)構(gòu)按照時(shí)隙如此邏輯連接(P4.2)，使得分別產(chǎn)生擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)，e)針對(duì)時(shí)隙時(shí)延生成寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)的與窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙相對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)時(shí)隙(P5.2)，從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)和各個(gè)寬帶的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)時(shí)隙中分別產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P6.2、P7.2)，f)從各個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)(P10.2)。
8.按照權(quán)利要求1或3的方法，其特征在于，在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上a)窄帶語(yǔ)音信號(hào)劃分為語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P0.2)并且分別計(jì)算語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)(P1.2、P2.2)，b)每個(gè)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類為濁音或分類為清音(P3.2)，c)針對(duì)在b)中進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類生成具有頻譜結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充，以用于擴(kuò)展窄帶語(yǔ)音信號(hào)(P4.2)，其中特別是至少對(duì)于濁音情況該補(bǔ)充獨(dú)立于各發(fā)音，d)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的頻譜結(jié)構(gòu)和所產(chǎn)生的補(bǔ)充的頻譜結(jié)構(gòu)按照時(shí)隙如此邏輯連接(P4.2)，使得分別產(chǎn)生擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)，e)針對(duì)時(shí)隙時(shí)延產(chǎn)生寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)的與窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙相對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)時(shí)隙(P5.2)，從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)和各寬帶的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)時(shí)隙中分別產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P6.2、P7.2)，f)從各個(gè)寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)(P10.2)。
9.按照權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于，對(duì)于分類為濁音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙如此來(lái)生成分別生成的補(bǔ)充(P4.2)，使得該補(bǔ)充的能量相對(duì)于窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的全部能量是可以忽略的。
10.按照權(quán)利要求7至9之一的方法，其特征在于，對(duì)于分類清音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙如此來(lái)生成分別生成的補(bǔ)充(P4.2)，使得該補(bǔ)充的能量相對(duì)于窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的全部能量是不可以忽略的。
11.按照權(quán)利要求7至9之一的方法，其特征在于，對(duì)于分類為清音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙如此來(lái)生成分別生成的補(bǔ)充(P4.2)，使得在至少一個(gè)寬帶碼本的基礎(chǔ)上從窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的第一濾波器系數(shù)中獲得寬帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的第二濾波器系數(shù)。
12.按照權(quán)利要求7至10之一的方法，其特征在于，從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)中分別計(jì)算第三濾波器系數(shù)(P6.2)。
13.按照權(quán)利要求11或12的方法，其特征在于，利用第二或第三濾波器系數(shù)和寬帶預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)時(shí)隙合成寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙并因此合成寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)(P7.2)。
14.按照權(quán)利要求12的方法，其特征在于，a)第三濾波器系數(shù)與寬帶碼本中的記錄進(jìn)行比較，并且b)寬帶碼本中最適合于第三濾波器系數(shù)的記錄以濾波器系數(shù)的形式被作為寬帶擴(kuò)展語(yǔ)音信號(hào)合成的基礎(chǔ)。
15.按照權(quán)利要求4、5、7、8、9或10的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的補(bǔ)充下降、呈指數(shù)函數(shù)下降、上升、具有保持不變的零能級(jí)或具有不變的能級(jí)。
16.按照權(quán)利要求4、5、7或8的方法，其特征在于，對(duì)從擴(kuò)展的頻譜結(jié)構(gòu)中分別產(chǎn)生的寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行高通濾波(P4.1、P8.2)，高通濾波的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙與相應(yīng)的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行邏輯連接(P5.1、P9.2)，并且從各個(gè)邏輯連接的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)(P6.1、P10.2)。
17.在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)、特別是由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的方法，在該方法中a)窄帶語(yǔ)音信號(hào)劃分為語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P0.3)，b)每個(gè)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類為濁音或分類為清音(P1.3)，其特征在于，c)如此來(lái)非線性處理窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P2.3)，使得分別產(chǎn)生一個(gè)修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，其一方面包含各自基本上沒有改變的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，另一方面包含在第一極限頻率之上通過(guò)非線性信號(hào)處理產(chǎn)生的信號(hào)成分，d)針對(duì)在b)中進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類如此不同地對(duì)已修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行濾波(P3.3)，使得從已修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙并因此產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
18.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第一極限頻率之上a)窄帶語(yǔ)音信號(hào)劃分為語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P0.3)，b)每個(gè)窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙分類為濁音或分類為清音(P1.3)，c)如此來(lái)非線性處理窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙(P2.3)，使得分別產(chǎn)生一個(gè)修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，其一方面包含各自基本上沒有改變的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙，另一方面包含在第一極限頻率之上通過(guò)非線性信號(hào)處理產(chǎn)生的信號(hào)成分，e)針對(duì)在b)中進(jìn)行的與發(fā)音方式有關(guān)的分類如此不同地對(duì)已修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙進(jìn)行濾波(P3.3)，使得從已修改的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙中產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙并因此產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
19.按照權(quán)利要求17或18的方法，其特征在于，對(duì)于分類為濁音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙如此來(lái)產(chǎn)生分別通過(guò)非線性信號(hào)處理而產(chǎn)生的信號(hào)成分(P2.3)，使得相對(duì)于窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的全部能量可以忽略各自信號(hào)成分的能量。
20.按照權(quán)利要求17至19之一的方法，其特征在于，對(duì)于分類為清音的窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙如此來(lái)產(chǎn)生分別通過(guò)非線性信號(hào)處理而產(chǎn)生的信號(hào)成分(P2.3)，使得相對(duì)于窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙的全部能量不可以忽略各自信號(hào)成分的能量。
21.按照權(quán)利要求17至20之一的方法，其特征在于，通過(guò)頻譜鏡像產(chǎn)生該信號(hào)成分。
22.按照權(quán)利要求4至21之一的方法，其特征在于，窄帶語(yǔ)音信號(hào)時(shí)隙選擇為同樣長(zhǎng)。
23.在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第二極限頻率之下擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)、特別是由通信設(shè)備發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬的方法，在該方法中，a)計(jì)算窄帶語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)(P0.4、P0.5)，其特征在于，b)根據(jù)預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的濾波器特性(P1.4、P1.5)，c)在該濾波器特性的基礎(chǔ)上如此控制窄帶語(yǔ)音信號(hào)的處理過(guò)程(P2.4、P2.5、P3.5、P4.5、P5.5)，使得產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
24.按照權(quán)利要求1至22之一的方法，其特征在于，在窄帶語(yǔ)音信號(hào)的第二極限頻率之下a)計(jì)算窄帶語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)(P0.4、P0.5)，b)根據(jù)窄帶語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的濾波器特性(P1.4、P1.5)，c)在該濾波器特性的基礎(chǔ)上如此控制窄帶語(yǔ)音信號(hào)的處理過(guò)程(P2.4、P2.5、P3.5、P4.5、P5.5)，使得產(chǎn)生寬帶擴(kuò)展的語(yǔ)音信號(hào)。
25.按照權(quán)利要求23或24的方法，其特征在于，通過(guò)比較在至少兩個(gè)頻率范圍內(nèi)測(cè)量的、預(yù)測(cè)差錯(cuò)信號(hào)的分能量并且從由此產(chǎn)生的能量差中推斷出窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的濾波器特性，來(lái)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的濾波器特性。
26.按照權(quán)利要求23至25之一的方法，其特征在于，a)在已估測(cè)的濾波器特性的基礎(chǔ)上確定與其反向的濾波器特性，b)在處理過(guò)程中根據(jù)該反向的濾波器特性校正窄帶語(yǔ)音信號(hào)。
27.按照權(quán)利要求23至25之一的方法，其特征在于，在處理過(guò)程中a)通過(guò)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的非線性信號(hào)處理，并在加入在濾波器特性估測(cè)的基礎(chǔ)上所獲得的控制參數(shù)的情況下，再生窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的基頻和/或至少一個(gè)諧波，b)對(duì)針對(duì)基頻和/或至少一個(gè)諧波而再生的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行帶通濾波或低通濾波。c)帶通濾波或低通濾波的、已再生的語(yǔ)音信號(hào)和窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行邏輯連接，特別是相加。
28.按照權(quán)利要求27的方法，其特征在于，在非線性信號(hào)處理之前對(duì)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波。
全文摘要
為了以簡(jiǎn)單的并且低成本的方式在沒有質(zhì)量損失的情況下擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)的帶寬，針對(duì)在第一極限頻率之上和在第二極限頻率之下的頻率成分彼此獨(dú)立地、也即通過(guò)獨(dú)立的不同方法來(lái)估測(cè)窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)，并在各自估測(cè)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展窄帶濾波的語(yǔ)音信號(hào)。在此優(yōu)選地或者在時(shí)域內(nèi)或者在頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)該估測(cè)。
文檔編號(hào)G10L21/038GK1529882SQ01823470
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2001年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月11日
發(fā)明者R·奧保爾, R 奧保爾, S·A·克林克, 克林克, F·羅倫茨, 狀 申請(qǐng)人:西門子公司